Thèse Modulation du Dosage de Gènes du Chromosome X et Induction de la Sénescence H/F Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : BSB - Biologie, Santé, Biotechnologies Laboratoire de recherche : MCD - Molecular, Cellular and Developmental Biology Unit Direction de la thèse : Estelle NICOLAS ORCID 0000000304128477 Début de la thèse : 2027-09-01 Date limite de candidature : 2026-11-23T23:59:59 La sénescence cellulaire est un arrêt stable de la prolifération en réponse à des stress, comme l'activation d'oncogènes. Bien qu'elle constitue une barrière au cancer, l'accumulation de cellules sénescentes au cours du vieillissement est associée aux maladies liées à l'âge, telles que les cancers et les maladies neurodégénératives. Cet effet néfaste est lié à l'environnement pro-inflammatoire induit par les cellules sénescentes.
Les hommes et les femmes présentent des susceptibilités différentes face à de nombreuses maladies liées à l'âge. Par exemple, les hommes sont plus enclins à développer des cancers, ce qui ne peut être entièrement expliqué par des facteurs liés au mode de vie. Les caractéristiques sexuelles, telles que les chromosomes sexuels, pourraient être à l'origine de ces différences. Chez l'être humain, comme chez la plupart des mammifères, les hommes possèdent un chromosome X actif et un chromosome Y, tandis que les femmes possèdent deux chromosomes X, l'un actif (Xa) et l'autre inactif (Xi). Le chromosome Xi résulte de l'inactivation du chromosome X (XCI), un processus de répression transcriptionnelle chez les femelles, qui permet la compensation entre les sexes de la dose des gènes du chromosome X. Le chromosome X contient des gènes suppresseurs de tumeurs et une réactivation de gènes situés sur le chromosome X inactif a été observée chez des rongeurs âgés et dans le cadre de cancers. Cependant, on ignore actuellement si la réactivation des gènes sur le chromosome X inactif pourrait se produire au cours du vieillissement humain et lors de la sénescence cellulaire.
L'objectif de ce projet de thèse est d'étudier si la régulation correcte du dosage de l'expression des gènes liés au chromosome X limite l'induction de la sénescence cellulaire humaine.
À partir de nos données de séquençage d'ARN issues de différents modèles de sénescence cellulaire humaine mâle ou femelle, nous avons identifié des gènes candidats liés au chromosome X qui sont surexprimés dans tous les modèles de sénescence. À notre connaissance, à l'exception d'un seul de ces gènes, aucun lien fonctionnel avec la sénescence n'a été rapporté à ce jour. De plus, nous avons identifié des gènes qui présentent une surexpression préférentielle en senescence dans les lignées cellulaires femelles par rapport aux lignées males.
Dans ce projet, nous allons déterminer à partir de quel allèle (Xa et/ou Xi) se produit la surexpression des gènes candidats dans les cellules femelles induites en sénescence. A l'aide de techniques basées sur CRISPR, nous allons déterminer l'importance fonctionnelle de ces gènes en (1) inhibant leur expression dans des cellules sénescentes, et (2) en les surexprimant dans des cellules prolifératives. Nous évaluerons l'impact de ces modifications d'expression sur le programme d'expression génique et les caractéristiques de la sénescence. Afin de reproduire l'absence de compensation du dosage génique, un système d'activation transcriptionnelle modulable sera utilisé pour obtenir une induction de deux fois de ces gènes dans les cellules prolifératives et déterminer si cela est suffisant pour induire la senescence. En parallèle, nous étudierons les gènes candidats dans le contexte du développement embryonnaire précoce, lorsque la sénescence développementale programmée contribue à la morphogenèse et que le XCI s'établit dans les cellules femelles. Pour cela, nous utiliserons des cellules souches embryonnaires humaines (hESC) en phase de différenciation précoce, sur lesquelles nous évaluerons l'effet de la surexpression des gènes candidats sur l'induction des caractéristiques de sénescence.
Nous apporterons ainsi les premières preuves que la réactivation de gènes situés sur le chromosome X inactif peut se produire lors de la sénescence cellulaire humaine. Nous mettrons en évidence l'importance d'un dosage correct de l'expression génique sur le chromosome X pour limiter la sénescence cellulaire humaine.
Cellular senescence is a stable proliferation arrest in response to stresses such as oncogene activation. Even though it acts as a barrier against cancer, accumulation of senescent cells during ageing is associated to age-related diseases, such as cancers and neurodegenerative diseases. This negative effect is driven by the pro-inflammatory environment associated with senescent cells. Understanding the molecular mechanisms underlying cellular senescence is of major importance to improve our knowledge and therapeutical strategies in age-related diseases.
Males and females have different susceptibilities to many age-related diseases. For instance, men are more prone to develop cancers, which is largely unexplained by lifestyle factors. Sex characteristics, such as the sex chromosomes, could underlie these differences. In humans, as in most mammals, males have one active X chromosome and one Y chromosome, while females have two X chromosomes, one active (Xa) and one inactive (Xi). The Xi results from X-chromosome inactivation (XCI), a process of gene transcriptional silencing in eutherian mammalian females, which allows gene dosage compensation between the sexes. Importantly, the X chromosome harbors tumor-suppressor genes and, reactivation of genes on the Xi has been shown in aged rodents and in cancers. However, it is currently unknown whether the reactivation of genes on the inactive X chromosome could happen during human ageing and during cellular senescence.
Our hypothesis is that XCI, which allows a 2-fold reduction in X-linked expression levels, restricts senescence induction by limiting the expression of drivers of senescence on the X chromosome. The goal of the PhD project is to investigate whether the correct dosage regulation of X-gene expression is important to restrict human cellular senescence induction.
Based on our RNA-seq datasets in different male or female models of human cellular senescence (Ouvrard et al, in preparation), we found X-linked gene candidates that are consistently upregulated in all senescence models. To our knowledge, apart for one of these genes, no functional link with senescence has been reported so far. Moreover, we identified genes that show a preferential upregulation in female cell lines than in males ones.
In this project, we will assess from which allele (Xa and/or Xi) the upregulation of the candidate genes occurs in female cells induced in senescence. This will be achieved by RNA-FISH experiments and advanced computational biology, notably by setting-up allele-specific gene expression analysis on X chromosomes. Using CRISPR-based techniques, we will assess the function of these candidate genes in senescence by (1) the knock-down of their expression in senescent cells, and (2) their overexpression in proliferative cells. The impact of these expression changes on gene expression program and features of senescence will then be assessed by measuring the proliferation arrest and the expression of senescence markers, such as p16 and senescence-associated beta-galactosidase. In order to mimic a lack of gene dosage compensation, a tunable transcriptional activation CRISPR-based system (dead Cas9 fused to an activator and a degron), will be used to achieve a 2-fold induction of these genes in proliferative cells and test whether it is sufficient to induce senescence. In parallel, we will investigate the selected candidates in the context of early embryonic development, when programmed developmental senescence contributes to morphogenesis and when XCI is first established in female cells. For that, we will use human embryonic stem cells (hESC) undergoing early differentiation, in which we will assess the effect of overexpressing the candidate genes on the induction of senescence features. Human ESC early differentiation is routinely used in Simão T. Da Rocha's laboratory (Lisbon, Portugal).